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新型缓冲包装材料性能的研究

2021-08-18 来源:青岛农业机械网

新型缓冲包装材料性能的研究

一、引言

所谓“新型的缓冲包装材料”,是一种方法上和概念的“新型”。由于人类的努力,纸浆模制品、瓦楞纸板折叠缓冲结构的新奇思路,及国内外产品中,特别是一些电子产品缓冲包装的一一问世,给了我们以启发。在各种包装材料中,纸制品对人类社会的污染程度相对少些,特别是其制品废弃后的垃圾污染程度相对较小,就这一点来讲,利用纸浆模制品、瓦楞纸板制品充当缓冲包装的“新型材料”,也向绿色环保意义上推进了巨大的一点。因此我们选用瓦楞纸板边角余料制成缓冲包装角垫,并对其性能进行了研究。

众所周知,瓦楞纸具有一定的缓冲性能。因为,它本身就是由面纸、芯纸、里纸粘接而成(不象单页纸那样,太易产生弯曲变形,而又无恢复能力),含有许多的“微观”空气空隙;再有瓦楞纸板芯纸粘接后,并没有完全张紧,有利于在受外力作用时变形而吸收能量;另外瓦楞纸板的多层互约束结构,会在受一定的力之后,仍然有形状恢复作用,我们选用瓦楞纸板边角余料作为原料,主要就是基于此因素来考虑的,再者就是顺应废物利用、绿色环保的趋势。

二、“新型”材料的实验数据及性能分析

一种设想是否可行,其效果和影响因素多寡,应当给以足够的考虑,并从试验数据中得到结论。其实,这种材料的影响因素很多,如瓦楞纸板条的横切、纵切;瓦楞纸板条的宽窄;瓦楞的楞型种类;温、湿度变化;面、芯、里纸的克重;纸浆的原料及生产工艺;瓦楞纸板工艺;施用胶粘剂种类及用量;试样楞向宏观排列方向;楞型受损程度,再者,试块水分含量等等。但就我们所实现的有限因素组合,做了一些实验,并得出了比较理想的结论,也为今后的研究和发展探索了一条路径。作为抛砖引玉,下面就利用瓦楞纸板边角余料制成的缓冲包装角垫,以及部分物性数据,给读者以必要的解释。

内装物:有机玻璃外壳的单自由度系统;

瓦楞纸板横、纵切条:分别垂直、平等于瓦楞楞向的切条;

密度:在选定外箱及角垫尺寸后,对原料的用量也划分了等级;

施胶量:每个角垫成型时所使用的胶量,分为两个等级;

打孔:在试样角垫块中加入圆孔结构;

横、纵向压缩:在表态压缩时,大部分瓦楞纸条垂直或平等于实验台。

在相同尺寸不同影响因素组合的情况下,对泡沫塑料和新型缓冲材料,进行静态压缩变形、冲击跌落以及振动实验,就具体实验数据进行比较,分析、研究新型缓冲包装材料是否达到和超过聚苯乙烯泡沫塑料的缓冲吸振性能。

通过上百次的对比实验,惧要了许多组数据,涉及到多种影响因素组合。实验过程如下:

1.表态压缩实验

通过对聚苯乙烯泡沫塑料和新型缓冲包装材料进行的压力、变形特性实验,材料的压缩变形及回弹性实验,并进一步求出材料的相关计算数值,如材料的应力、应变、吸收能量以及缓冲系数等等。从而,得到材料的缓冲系数、静应力等曲线图。就部分实验数据汇总如下:

单个角垫压缩

类型当前数据中最小缓冲系数泡沫塑料(大型)1.461泡沫塑料(中型)1.416泡沫塑料(小型)1.376新型材料(大型纵向第一次压缩) 0.927新型材料(大型纵向第二次压缩) 0.697新型材料(大型45%湿度横向) 7.006新型材料(大型45%湿度纵向)   8.191新型材料(大型90%湿度) 1.891新型材料(中型打孔)1.973新型材料(中型小胶量横向) 1.869新型材料(中型小胶量纵向) 1.056新型材料(小型横向)2.199新型材料(小型纵向)1.184

四个角垫同时压缩

类型当前数据中最小缓冲系数泡沫塑料(大型)2.27泡沫塑料(中型)2.447泡沫塑料(小型)1.866新型材料(大型横向压缩)3.427新型材料(大型纵向压缩)3.944新型材料(大型90%湿度) 2.678新型材料(大型45%湿度)   3.225新型材料(中型打孔)  3.333新型材料(中型小胶量) 2.826新型材料(中型横向压缩)2.967新型材料(中型纵向压缩)1.576新型材料(小型)1.011

2.冲击跌落实验

在研究材料的缓冲系数时,必不可少的要研究动态效果。在系统中装有加速度传感器,以得到在实验条件下的加速度值。由于实验条件的限制,在模拟情况下采用面跌落的方式。把被包装件及外包装托举至高60~70cm,令其自由下落。利用计算机分析了磁记录信号,并利用标准信号发生仪获取1G的标准信号与这比较得出,聚苯乙烯泡沫塑料包装和新型缓冲材料包装,在相同冲击跌落情况下的效果比较如下:

类型当前数据中最小缓冲系数泡沫塑料(大型)2.27泡沫塑料(中型)2.447泡沫塑料(小型)1.866新型材料(中型横向压缩)3.427新型材料(中型纵向压缩)3.944新型材料(大型湿度压缩)2.678新型材料(中型打孔)  3.333新型材料(中型小胶量) 2.826新型材料(大型大密度) 2.967新型材料(大型中密度) 1.576新型材料(大型小密度) 1.011

经上述比较可知,新旧两类缓冲包装角垫的数据很接近,且新型缓冲包装材料在某些地方还超过了泡沫塑料的缓冲效果。根据上述对峰值进行的比较,小型、中型、大型泡沫塑料试样其峰值平均达42G以上,同样条件下试验的其它试样所得到的峰值数据也在同一数量级,基本上保持在41.0~44.33G以上,达到了与泡沫塑料缓冲性能相同的效果。这充分说明了这种思路是可行的,也证明了这种新型材料完全能够达到缓冲的目的,并可替代泡沫塑料充当缓冲垫为之应用。

3.振动性能实验

作为缓冲包装的泡沫塑料,之所以能称雄一时,除具有良好的缓冲性能外,吸振性能也很好。此材料具有微小的孔隙和粘弹性,在振动过程中,由于粘性阻尼和空气阻尼的作用,吸收振动能量。我们对比了各种因素的新型材料角垫及泡沫塑料缓冲角垫在模拟实际包装后的振动实验数据,在相同实验条件下的不同实验参数的组合,得到各系统在共振频率下的最大传递率如表所示:

类型系统共振频率当前数据中最小缓冲系数泡沫塑料(大型)11Hz 4.36泡沫塑料(中型)13Hz 4.91泡沫塑料(小型)12Hz 4.33新型材料(小型)14Hz 2.84新型材料(中型横向压缩)11Hz 3.42新型材料(中型纵向压缩)12Hz 3.69新型材料(大型湿度压缩)12Hz 3.03新型材料(中型打孔)11Hz 3.22新型材料(中型小胶量) 11Hz 2.8新型材料(大型大密度) 13Hz 3.83新型材料(大型中密度) 12Hz 3.9新型材料(大型小密度) 12Hz 4.5

经实验表明,在我们限定的包装条件下,以聚苯乙烯泡沫塑料作为缓冲的被测系统的共振频率为,大型泡沫塑料缓冲角垫的共振频率为11Hz,中型泡沫塑料出现在13Hz,而小型泡沫塑料垫的共振频率在12Hz。新型材料的共振频率在11~14Hz左右。

虽然两类缓冲包装角垫的共振频率数值较接近,但新型缓冲材料的传递率却远不及泡沫塑料来得大,在性能上远远地超过了泡沫塑料的吸振性能,起到了良好的效果。

三、结论

从抗冲击、吸收振动性能上来看,新型材料基本上可以胜任这一要求。又从实验数据中可看出,施胶量应控制在既可粘接牢固又能有变形,便于吸收冲击能量和阻尼作用,在一定范围内适当调整材料密度吸振性能可得到改善。

从总体上说,新型缓冲材料能够代替聚苯乙烯发泡塑料进行缓冲包装,但应从生产工艺上适当注意原料、影响因素及其组合,以达到它变形所具有的弹性缓冲作用,又具有它所应起到的阻尼耗能之吸振作用。

自我们的研究数据表明,利用瓦楞纸板边角余料制作的缓冲包装角垫的测试数据,很难找到传统意义上的最小缓冲系统,这将给未来设计使用这种材料提出一个新课题,屏弃最小缓冲系数的设计方法,采用“类比”设计和实验验证的方法。我们有理由想念,伴随着新的缓冲材料的出现,且其理论还未健全之时,“类比”设计和实验验证的方法,是较合理的方法。

以上结论,是依据我们的实验数据处理而得到。由于我们水平所限,若有不妥之处,恳请同行批评指正。(作者:天津轻工业学院 丁微波 刘功 李睿 张育哲 顾楠 刘峥)

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